火力发电厂2x300mw电气部分课程设计大学论文.docx
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火力发电厂2x300mw电气部分课程设计大学论文
摘要
随着我国经济发展，对电的需求也越来越大。
电作为我国经济发展最重要的一种能源，主要是可以方便、高效地转换成其它能源形式。
电力工业作为一种先进的生产力，是国民经济发展中最重要的基础能源产业。
而火力发电是电力工业发展中的主力军，截止2006年底，火电发电量达到48405万千瓦，越占总容量77.82%。
由此可见，火力电能在我国这个发展中国家的国民经济中的重要性。
该设计主要从理论上在电气主接线设计、短路电流计算、电气设备的选择、配电装置的布局、防雷设计、发电机、变压器和母线的继电保护等方面做详尽的论述，并与火力发电厂现行运行情况比较，同时，在保证设计可靠性的前提下，还要兼顾经济性和灵活性，通过计算论证火电厂实际设计的合理性与经济性。
采用软件绘制了大量电气图和查阅相关书籍，进一步完善了设计。
关键词:
发电机变压器断路器主接线
目录
第1章绪论1
1.1发电厂电气部分国内外现状及发展趋势1
1.2原始资料及分析2
1.3.1原始资料2
1.3.2对原始资料的分析2
第2章发电机和主变压器的选择
2.1发电机型号、容量、台数、参数的选择3
2.2主变压器，厂用变压器，启动变压器的选择3
2.2.1主变压器选择3
2.2.2厂用变压器选择4
2.2.3启动变压器选择4
第3章电气主接线设计6
3.1电气主接线方案比较6
3.2电气主接线方案确定8
第4章主要电器设备选择9
4.1断路器的选择9
4.1隔离开关的选择10
第5章互感器的配置10
5.1电流互感器的配置12
5.2电压互感器的配置13
第6章厂用电主接线设计14
6.1高压6千伏主接线设计15
6.2低压380/220伏主接线设计
结论
参考文献24
附录25
第1章绪论
1.1发电厂电气部分国内外现状及发展趋势
我国电力工业与国外发达国家的发展水平仍有一定的差距，目前我国的发电厂容量小，自动化水平较低；部分发电厂的经济效益比较低，不能够充分利用能源，污染严重。
我国电力发展的基本方针是：
提高能源效率，保护生态环境，加强电网建设，大力开发水电，优化发展煤电，积极推进核电建设，适度发展天然气发电，鼓励新能源和可再生能源发电，带动装备工业发展，深化体制改革。
在此方针的指导下，结合近期电力工业建设重点及目标，我国电力发展将呈现以下四个鲜明特点：
（1）自动化水平逐步提高、安全性和可靠性受到充分重视。
先进的继电保护装置、变电站综合自动化系统、电网调度自动化系统以及电网安全稳定控制系统得到广泛应用。
（2）经济、高效和环保。
随着大容量机组的应用、电网的发展以及先进技术的广泛采用，煤耗与网损逐年下降。
新建火电厂将广泛采用大容量、高效、节水机组，。
在电网建设方面，将采用先进技术提高单位走廊输电能力、降低网损，加强环境和景观保护，城市电网将逐步提高电缆化率、推广变电站紧凑化设计。
（3）结构调整力度将会继续加大。
将重点推进水电流域梯级综合开发，加快建设大型水电基地，因地制宜开发中小型水电站和发展抽水蓄能电站，使水电开发率有较大幅度提高。
合理布局发展煤电,加快技术升级，节约资源，保护环境，节约用水，提高煤电技术水平和经济性。
（4）技术进步和产业升级步伐将会加快。
电力工业要着眼于走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染小的新型工业化道路，促进电力设备的本土化。
发展循环经济，创建节约型社会。
加强发电、输变电、用电等环节的科学管理，提高能源使用效率。
加强全国联网，逐步降低单位产值能耗等节能、节电的综合措施；通过节能、节电，加强全国联网，调整产业结构，逐步降低单位产值能耗等综合措施。
1.2原始资料及分析
1.2.1原始资料
装机的容量为2x300MW，发电机额定电压是20KV，cosφ=0.85，机组每年利用的小时数6000h，厂用电率是6%，发电机的主保护时间为0.05s，后备保护时间3.9s，环境条件可不考虑。
接入电力系统情况
发电厂除厂用电外，全部送入220KV电力系统，，架空线路4回，系统容量3500MW，
1.2.2对原始资料的分析
根据发电厂的情况可知，装机容量为2
300MW。
该火电厂年利用小时数6000h，因此，在电力系统中将主要担任基荷。
装机容量是系统容量的16.3%，所以在电力系统中是重要发电厂。
从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠性。
拟采用单元接线形式，不设发电机出口断路器，采用封闭母线，有利于节省投资及简化配电装置布置，提高可靠性。
220KV电压回路数为4回，为提高供电可靠性、调度灵活、扩建方便，拟采用双母线或双母线分段接线形式。
第2章发电机与主变压器的选择
2.1发电机型号、容量、台数、参数的选择
设计电厂共安装2台300MW汽轮发电机组，总容量为600MW
根据原始资料可选发电机型号如表2.1所示
表2.1发电机型号参数
型号
额定功率
（MW）
额定电压
（KV）
额定电流
（A）
功率因数
（
）
瞬变电抗
（X’d%）
同步电抗
（Xd%）
超瞬变电抗
（X’’d%）
QFSN-300-2
300
20
11320
0.85
31.93
236.35
17.1
2.2主变压器，厂用变压器，启动变压器的选择
变压器是发电厂和变电所重要的电器设备之一。
它不仅能够实现电压的转换，以利于远距离输电和方便用户使用；而且能实现系统联络并改善系统运行方式和网络结构，以利于电力系统的稳定性、可靠性和经济性。
变压器是构成电力网的主要变配电设备，起着传递、接受和分配电能的作用。
在发电厂中，将发电机发出的电能经过变压器升压后并入电力网，称这种升压变压器为主变压器；另一种是分别接于发电机出口或电力网中将高电压降为用户电压，向发电厂厂用母线供电的变压器，称这种变压器为厂总变压器（简称厂高变）和启动备用变压器（简称启备变）。
所用的变压器均为电力变压器。
按单台变压器的相数来区分，电力变压器可分为三相变压器、单相变压器。
在三相电力系统中，一般使用三相变压器。
当容量过大受到制造条件或运输条件限制时，在三相电力系统中也可由三台单相变压器连接成三相组使用。
随着单机容量的增大，人们在机组的接线方式选择时，一般都采用发电机变压器组的单元接线。
即将每台汽轮发电机和一台变压器直接连接作为一个单元，这样接线非常简单。
当任一台机组发生异常和故障时对其他机组没有影响，同时也使机、电、炉的集中单元控制成为可能，便于运行人员的调节、监视和事故处理。
其中变压器常称为主变的容量通常超过700MVA，因此多采用三相变压器，也有采用由三台单相交压器接成三相组的，如平纡电厂中的主变就是由三台240MVA的单相变压器接成的三相组。
2.2.1主变压器选择
为保证发电机电压出线供电可靠，接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于两台。
在计算通过主变压器的总容量时，至少应考虑5年内负荷的发展需要，并要求：
在发电机电压母线上的负荷为最小时，能将剩余功率送入电力系统；发电机电压母线上最大一台发电机停运时，能满足发电机电压的最大负荷用电需要；因系统经济运行而需限制本厂出力时，亦应满足发电机电压的最大负荷用电。
根据原始资料，该厂除了本厂的厂用电外，其余向系统输送功率，所以不设发电机母线，发电机与变压器采用单元接线，保证了发电机电压出线的供电可靠，300MW发电机组的主变压器选用两绕组变压器2台。
单元接线中的主变压器容量SN应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，预留10％的裕度选择，为
—发电机容量；
—通过主变的容量；
—发电机的额定功率
；
—厂用电率6%
单元接线中的主变压器容量
应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，预留10％的裕度选择。
发电机的额定容量为300MW，扣除厂用电后经过变压器的容量为：
S=1.1PNG（1-Kp）/cosφG=300×（1-6％）×（1+10％）／0.85=365MVA
故300MW发电机组所选主变压器型号为：
SFP-360000/220两台
表2.2主变压器的选择
型号
额定容量
（kVA）
额定电压（kV）
连接组
损耗（kW）
空载电流（%）
阻抗电压（%）
总量（t）
高压
低压
空载
短路
SFP7-360000/220
360000
220±2*2.5%
20
YNd11
73
245
1.0
13.0
119
2.2.2厂用变压器选择
根据资料：
300MW机组的厂用电率为6%。
本厂每台机组选用四段高压母线，1台高压厂用无载调压分裂变压器。
并将高压负荷平均分置于四个高压段上。
为了避免高压段故障而相互影响和限制短路电流，四段母线不能引接在高压变的同一低压绕组上。
分裂绕组变压器的用途
随着变压器容量的不断增大，当变压器副方发生短路时，短路电流数值很大，为了能有效地切除故障，必须在副方安装具有很大开断能力的断路器，从而增加了配电装置的投资。
如果采用分裂绕组变压器，则能有效地限制短路电流，降低短路容量，从而可以采用轻型断路器以节省投资。
现在大型电厂的启动变压器和高压厂用变压器一般均采用分裂绕组变压器。
分裂绕组变压器的特点
（1）能有效地限制低压侧的短路电流，因而可选用轻型开关设备，节省投资。
（2）在降压变电所，应用分裂变压器对两段母线供电时，当一段母线发生短路时，除能有效地限制短路电流外，另一段母线电压仍能保持一定的水平，不致影响供电。
（3）当分裂绕组变压器对两段低压母线供电时，若两段负荷不相等，则母线上的电压不等，损耗增大，所以分裂变压器适用于两段负荷均衡又需限制短路电流的场所。
（4）分裂变压器在制造上比较复杂，例如当低压绕组发生接地故障时，很大的电流流向一侧绕组，在分裂变压器铁芯中失去磁的平衡，在轴向上由于强大的电流产生巨大的机械应力，必须采取结实的支撑机构，因此在相同容量下，分裂变压器约比普通变压器贵20%。
对于分裂式变压器，其容量有如下关系：
高压绕组：
Sts1Sc-St
分裂绕组：
Sts2Sc
高压绕组：
272.5%
低压绕组：
6.32.5%
所以，查阅《新编工厂电气设备手册》[13]后，本次设计的两台台高厂变的容量均选择为34MVA，接线组别为D，yn1，yn1，其冷却方式为自然循环风冷
结论
根据对原始资料的分析，以及电厂具体情况，对发电厂的电气部分做了初步设计。
包括对发电机的选择、变压器的选择、电气主接线的设计、主要电气设备的选择、以及详细的叙述和计算。
此次设计与现在运行的火电厂相比，在保证可靠性的前提下，使用了新的电气设备与技术，提高了电厂的灵活性以及经济性。
1、在变压器的选择上，采用了节能型电力变压器，减少了电能损耗，安全性更高。
2、主接线设计，选择了双母线接线、双母线分段接线、双母线带旁路母线接线三种形式进行技术、经济比较，最后高压侧选用双母线接线，6KV厂用电采用单母线。
发电机与变压器之间采用单元接线，封闭母线，在保证可靠性的同时最大化的实现了经济性。
3、选择了先进的SF6断路器、真空断路器、手车式开关柜，并且进行了动稳定性、热稳定性校验。
2.2.3备用变压器选择
每台机组分别设置1台高压厂用无载调压分裂变压器，容量为68/34-34MVA。
每台高压厂用工作变压器设有6kV工作母线段。
变压器与开关柜之间采用小离相封闭母线相连。
其中1台厂变主要向公用和辅助系统负载供电，包括脱硫系统负荷、备用电动给水泵等。
全厂不设6kV公用段。
正常运行时全厂公用负荷由各机组6kV工作段供电。
第3章电气主接线设计
3.1电气主接线的基本要求
保证必要的供电可靠性和电能质量
安全可靠是电力生产的首要任务，停电不仅使发电厂造成损失，而且对国民经济各部门带来的损失将更严重，往往比少发电能的损失大几十倍，至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失和政治影响，更是难以估量。
因此，主接线的接线形式必须保证供电可靠。
具有一定的灵活性和方便性
主接线不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且在系统故障或设备检修及故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。
具有经济性
在主接线设计时，在满足供电可靠的基础上，尽量使设备投资费和运行费为最少，注意节约占地面积和搬迁费用，在可能和允许条件下应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。
具有发展和扩建的可能性
在设计主接线时应留有余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的方便。
3.2设计步骤
电气主接线的一般设计步骤如下:
（1）对设计依据和基础资料进行综合分析；
（2）选择发电机台数和容量，拟定可能采用的主接线形式；
（3）确定主变压器的台数和容量；
（4）厂用电源的引接；
（5）论证是否需要限制短路电流，并采取什么措施；
（6）对选出来的方案进行技术和经济综合比较，确定最佳主接线方案。
3.3电气设计方案的确定
300MW发电机采用单元接线通过双绕组的变压器与220KV母线相连，220KV电压级出线为4回，因此其供电要充分考虑其可靠性，所以我们采用双母线接线。
这样一来就避免了断路器检修时，不影响对系统的供电，断路器或母线故障以及母线检修时，减少停运的回路数和停运时间，保证了可靠的供电。
双母线的接线方式如下图所示
图3.1双母线的接线方式
由双母线的接线方式可想到采用，一台半断路器设计,如图3.2所示
图3.2一台半断路器接线的配置方式
综合成本考虑选址双母线接线
第4章主要电器设备选择
导体和电气设备选择是电气设计的主要内容之一，本章主要介绍载流导体和主要电气设备的原理及选择条件和方法。
电气设备选择应满足如下几点：
①满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。
②应按当地环境条件校验。
③应力求技术先进和经济合理。
④与整个工程的建设标准应协调一致。
⑤同类设备应尽量减少品种。
⑥选择的高压电器，能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。
4.1断路器的选择与校验
断路器是在电力系统正常运行和故障情况下用作断开或接通电路中的正常工作电流及开断故障电流的设备。
SF6断路器和真空断路器目前应用广泛，少油断路器因其成本低，结构简单，依然被广泛应用于不需要频繁操作及要求不高的各级高压电网中，压缩空气断路器和多油断路器已基本淘汰。
SF6断路器的特点是：
（1）灭弧能力强，介质强度高，单元灭弧室的工作电压高，开断电流大，时间短；
（2）开断电容电流或电感电流时，无重燃，过电压低；
（3）电气寿命长，检修周期长，适于频繁操作；
（4）操作率小，机械特性稳定，操作噪音小。
220KV侧断路器的选择
（1）主变压器回路
最大工作持续电流：
IMAX=1.05PN/√3Uncosδ=948.7A
UNs=1.1×220KV=242KV
UN
UNs
拟选型号为LW2—220（W）系列六氟化硫断路器，参数如表7-1所示:
表7-1LW2—220（W）系列六氟化硫断路器技术数据
额定工作
电压（KV）
最高工作
电压（KV）
额定电流（A）
3s热稳定电流（KA）
额定动稳定
电流峰值
（KA）
固有分闸
时间（S）
额定频率
（HZ）
220
252
2500
31.5
80
0.03
50
1）动稳定校验：
IMAX
IIM
动稳定电流IMAX=80KA，220KV侧短路冲击电流为IIM=14.743KA
即：
IMAX
IIM满足动稳定条件
2）热稳定校验：
LW2—220（W）系列六氟化硫断路器的固有分闸时间
0.03s，全分闸时间为
0.15s。
周期分量热效应计算，非周期分量热效应不计，短路电流的热效应：
61KA
满足热稳定条件。
4.2隔离开关的选择与校验
隔离开关是电力系统中应用最多的一种高压电器，它的主要功能是：
（1）建立明显的绝缘间隙，保证线路或电气设备修理时人身安全；
（2）转换线路、增加线路连接的灵活性。
在电网运行时，为保证检修工作安全进行，除了使工作点与带电部分隔离外，还必须采取检修接地措施防止意外带电。
为此，要求在高压配电装置的母线侧和线路侧装设带专门接地刀闸的隔离开关，以便在检修母线和线路断路器时，使之可靠接地。
这种带接地刀闸的隔离开关的工作方式为：
正常运行时，主刀闸闭合，接地刀闸断开；检修时，主刀闸断开，接地刀闸闭合。
这种工作方式由操作机构之间具有机械闭锁的装置来实现。
1.220KV侧隔离开关的选择
（1）主变压器回路
最大工作持续电流：
IMAX=948.7A
UNs=1.1×220KV=242KV
UN
UNs
拟选型号为GW46—220（D）系列隔离开关，参数如表7-3所示。
表7-3GW46—220（D）系列隔离开关技术数据
额定工作
电压（KV）
额定电流
（A）
3s热稳定
电流（KA）
额定动稳定
电流峰值（KA）
额定频率
（HZ）
220
2500
30
125
50
GW46—220W系列隔离开关是三相交流50HZ高压开关设备，供在有电压五负载的情况下，断开或闭合线路之用。
该系列隔离开关的主刀闸和接地刀闸可分配各类电动型或手动型操作机构进行三相联动操作，主刀闸和接地刀闸有机械连锁装置。
1）动稳定校验：
IMAX
IIM
动稳定电流IMAX=125KA，220KV侧短路冲击电流为IIM=14.732KA
即：
IMAX
IIM满足动稳定条件
2）热稳定校验：
LW2—220（W）系列断路器的固有分闸时间
0.03s，全分闸时间为
0.15s。
周期分量热效应计算，非周期分量热效应不计，短路电流的热效应：
71.46
×3=2700
满足热稳定条件。
4.3电流互感器的选择
电流互感器是一种电流变换装置，可将高压电流和低压大电流变换成电压较低的小电流，供给仪表和继电器保护装置，并将仪表和保护装置与高压隔离电路隔开。
电流互感器的二次电流均为5A，使测量仪表和继电保护装置使用安全、方便。
因此，电流互感器在电力系统中得到了广泛应用。
4.2220kV母线电流互感器的选择
（1）Ue=220kV，选户外型油浸瓷箱式LCLWD2-220型电流互感器，其变比根据负荷电流大小可选用300/5、600/5、1200/5。
并应使CT一次额定电流比正常工作电流大1/3。
级次组合0.5/D、对应Ze2=2.4Ω、动稳定倍数90。
（2）准确度级的选择：
全部选用0.5级即可满足。
一般测量仪表与保护宜分别接于不同的二次绕组。
当一个二次绕组的容量不能满足要求时，可将两个二次绕组串联使用或两个CT串联。
热稳定校验：
ich=19.46kAt=4+0.095≈4.1s
Qd=ich2*t=19.462*4.1=1553kA2*s
（KrIe1）2=（50*1.2）2=3600kA2*s>Qd
热稳定校验合格。
动稳定校验：
Kd*√2*Iel=90*√2*1.2=152.7kA>19.46kA
可见动稳定满足要求。
.
4.3电压互感器的选择
电压互感器是一种电压的变换装置，可将高电压变换为低电压，以便用低压量值反映高压量值的变化可以直接用普通电气仪表进行测量。
由于电压互感器二次侧均为100V，使测量仪表和继电器电压线圈标准化，因此电压互感器在电力系统中得到了广泛应用。
电流互感器的特点是：
（1）一次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此，一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流无关；
（2）电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。
电流互感器出线一般设三组，主要是管保护、测量、计量。
若只有两组，那么测量和计量可以串联。
若只用一组互感器，线路不配差动保护。
差动是专门保护变压器的。
高压后备电路一般也出三组，管普通过流保护、差动保护、测量。
低压后备电路一般也出三组，管普通过流保护、差动保护、测量。
若有计量要求，可以与测量公用一组互感器。
1.220KV侧
（1）出线回路及双绕组变压器回路
最大工作持续电流IMAX=1.05IN=948.7A
UNs=1.1×220KV=242KV
UN
UNs
拟选型号为LCWB—220系列电流互感器，具体参数如表表7-8所示。
表4.1LCWB—220系列电流互感器技术数据
额定工作
电压（KV）
准确级
额定电流比
（A）
5s热稳定
电流（KA）
额定动稳定电流
峰值（KA）
220
252
2×1200/5
42
110
1）动稳定校验：
IMAX
IIM
动稳定电流IMAX=110KA，220KV侧短路冲击电流为IIM=14.743KA
即：
IMAX
IIM
满足动稳定条件
2）热稳定校验：
，
=2.5+0.1=2.6s
查周期分量等值时间曲线可得teq=2.1s
即：
5×42×42=8820
2.1×5.635×5.635=66.68
满足热稳定条件。
2.发电机侧
发电机回路的最大持续工作电流为I
=11886A。
拟选型号为LMZB3-20系列电流互感器具体参数如表7-10所示:
表4.2LMZB3-20系列电流互感器技术数据
额定电压（KV）
准确级次
额定电流比（A）
20
B
15000/5
结论
本次毕业设计的主要任务是根据自己所掌握的知识对发电厂的电气部分进行初步的设计。
本次设计侧重于工程实际，设计针对性较强，涉及专业内容较广泛。
是三年来所学知识的综合运用，通过本次设计使我对发电厂及电力系统的专业知识有了一个较全面、系统的掌握，增强了理论联系实际的能力，提高了工程意识，锻炼了我独立分析和解决工程设计问题的能力，为将来的工作打下了基础。
在充分了解了相关资料以后我选择了2×300MW火力发电厂电气部分的设计，所设计的火电厂电气部分具有可靠性、灵活性、经济性，并能满足工程建设规模要求。
采用的电气主接线具有供电可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和可扩建发展的可能性等特点。
所选主变经济、合理。
在设计过程中，短路电流是按最严重情况考虑计算的，并结合实际环境，选择的电气设备提高了运行的可靠性，节约运行成本。
总之，在这次设计中最大的受益者是自己。
不仅在这次毕业设计中发现了学习的薄弱之处，而且学会了如何理论与实际相结合，明白了这次毕业设计的目的。
这次毕业设计自己能够独立的分析问题、解决问题，使理论知识与工程实际相联系，并达到对知识的融汇和贯通及合理应用。
通过这次设计，进一步领会电力工业建设中的政策观念和经济技术观念，以及对工程技术中的技术和经济问题，能够进行比较全面的综合分析。
使我对电力系统有了一个整体和具体的了解。
在设计过程中我阅读了大量相关资料，同时也得到了郭老师的鼎立相助，使得本次设计能够顺利完成，在此对老师和在设计过程中对我帮助很大的一些同学表
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